Geschwindigkeitsüberachung

Nutzung der LiDAR-Sensortechnologie von der Stadt bis zur Autobahn


Eine der wichtigsten Stärken der Lichtdetektions- und Entfernungstechnologie (LiDAR) ist ihre überlegene Fähigkeit, die Position eines Fahrzeugs innerhalb eines bestimmten Sichtfeldes sehr genau zu erfassen. Anhand der LiDAR-Daten können zuverlässige Geschwindigkeitsmessinformationen durch kundenspezifische Algorithmen und Verarbeitungssoftware berechnet werden. Dies macht LiDAR zu einer attraktiven Sensoroption für Anwendungen, die Geschwindigkeitsdaten erfordern - von der Verkehrsdatenerfassung bis hin zur Geschwindigkeitsdurchsetzung in Städtischen- und Autobahnbereichen.

Es gibt zwei Hauptansätze für die Entwicklung von Geschwindigkeitsmessanwendungen mit einem LiDAR:

  • Single-LiDAR-Systeme, die einen breiten Strahl verwenden, feste LiDAR (SSL) wie den Leddar M16, um einen großen Teil der Straße zu überwachen und mehrere Messungen von jedem vorbeifahrenden Fahrzeug innerhalb eines bestimmten Sichtfeldes zu sammeln, um Geschwindigkeitsberechnungen zu ermöglichen.
  • Zweipunkt-Messsysteme, die zwei LiDARs verwenden, die einen bestimmten Abstand voneinander haben, um jedes Fahrzeug an verschiedenen Ein- und Ausstiegspunkten zusammen mit einem Zeitstempel zu erfassen. Dies ermöglicht genaue Berechnungen der Durchschnittsgeschwindigkeit.

Da LiDAR-Systeme keine Fahrzeugidentifikationsinformationen erfassen, werden diese Geschwindigkeitsmesssysteme typischerweise mit einem Kamera-Auslöser und einem automatischen Kennzeichenleser (ALPR) kombiniert. Darüber hinaus ist es wichtig zu betonen, dass die Geschwindigkeitsberechnung keine direkte Ausgabe des LiDAR-Sensors ist, der eine Reihe von Entfernungsmessungen (oder Punktwolken) liefert. Die Entwicklung einer LiDAR-basierten Geschwindigkeitsmessanwendung erfordert daher die Entwicklung und Integration von Software. Sobald dieser Integrationsgrad erreicht ist, können LiDAR-basierte Geschwindigkeitsmesssysteme den Anbietern intelligenter Transportsysteme (ITS) leistungsstarke Lösungen mit unverwechselbarem Nutzen für ihre Kunden bieten, wie die beiden folgenden Beispiele zeigen:

Überwachung und Durchsetzung der Autobahngeschwindigkeit

Als Teil der lokalen Strafverfolgungsstrategie musste ein globaler ITS-Lösungsintegrator ein System entwickeln, das in der Lage ist, die Durchschnittsgeschwindigkeit von Fahrzeugen, die auf Straßen und Autobahnen fahren, effizient zu bestimmen. Die gesammelten Daten über Anzahl, Art und Geschwindigkeit der Fahrzeuge werden auch zur Verbesserung des Verkehrsflusses verwendet.

Dieses System musste jedes vorbeifahrende Fahrzeug mit einer maximalen Fehlergrenze von 50 cm an beiden Enden des Erfassungsbereichs genau erkennen und identifizieren. Darüber hinaus musste es in der Lage sein, Fahrzeuge aller Farben und Formen im Bereich von 20 km/h bis 250 km/h zu erkennen. Das System musste auch zwei Fahrspuren gleichzeitig überwachen und bei widrigen Wetterbedingungen (z.B. Regen, Schnee, Nebel und Wind) und/oder schwierigen Lichtverhältnissen (z.B. direkte Sonneneinstrahlung, Nacht und verdunkelte Bereiche wie Tunnel) arbeiten.

Die entwickelte Lösung bestand aus zwei LiDAR-basierten Detektionseinheiten, die jedes Fahrzeug an verschiedenen Ein- und Ausstiegspunkten über eine bestimmte Entfernung verfolgten, um seine Durchschnittsgeschwindigkeit zu berechnen. Die Sensoren wurden mit einem Kameramodul (oder ALPR) an den Ein- und Ausstiegspunkten gekoppelt, um das Kennzeichen jedes vorbeifahrenden Fahrzeugs zu erfassen. Die gesammelten Daten könnten dann zu Strafverfolgungszwecken an die örtlichen Behörden übermittelt werden.

Nach erfolglosen Tests verschiedener laserbasierter Lösungen, die nicht den Anforderungen an die Erkennungsrate entsprachen, entschied sich der Kunde für die Leddar d-tec, einen Verkehrssensor, der ein SSL mit einer breitstrahlenden Blitzbeleuchtung aus Infrarot-LEDs integriert. Die Leddar-basierten Sensoren erreichten eine um rund 20% höhere Erkennungsrate als die getesteten laserbasierten Lösungen. Darüber hinaus waren die Leddar-Sensoren kostengünstiger und einfacher zu integrieren.

Neben der vollständigen Erfüllung der Kundenanforderungen zeichnete sich das entwickelte System durch eine zuverlässige Erkennung jedes vorbeifahrenden Fahrzeugs mit einer Erfolgsquote von nahezu 100% aus. Dieses Geschwindigkeitsregelungssystem ist derzeit an mehr als 150 Standorten in ganz Europa im Einsatz.

Zweipunkt-Durchschnittsgeschwindigkeitsmessung: Zwei LiDAR-basierte Systeme, die einen bestimmten Abstand am Straßenrand einhalten, jedes vorbeifahrende Fahrzeug zur Berechnung der Durchschnittsgeschwindigkeit erfassen und mit einem Kameramodul (ALPR/ANPR) gekoppelt sind, um das Kennzeichen für Strafverfolgungszwecke zu erfassen.

Schnellere Durchsetzungslösung für den städtischen Bereich

Logix ITS Inc. ist spezialisiert auf das Design und die Entwicklung verschiedener Lösungen zur Verkehrsberuhigung und Geschwindigkeitsüberwachung. Das Unternehmen wollte straßenseitige Systeme anbieten, die Fahrzeuge automatisch erkennen, ihre Geschwindigkeit berechnen und eine automatisierte Verkehrsüberwachung ermöglichen.

Die verwendete Technologie musste sehr genaue und konsistente Messungen liefern, die gesetzlich durchsetzbar sind. Die Sensoren mussten zudem extrem robust sein, da sie unter extremen Wetterbedingungen 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche und 365 Tage im Jahr eingesetzt werden mussten.

Nach der Analyse verschiedener Technologien entschied sich Logix ITS für das Multisegment LiDAR-Sensormodul M16 von LeddarTech, das als die beste verfügbare Lösung für die Anforderungen der Anwendung galt.

Das System des Unternehmens, die so genannte Enforcer Cam, identifiziert Fahrzeuge, die eine bestimmte Geschwindigkeitsschwelle überschreiten, und stellt den Vollzugsbeamten den Standort sowie Fotos und Videos in Echtzeit von der Umgebung zur Verfügung.

Das kompakte System kann eingehenden Verkehr (Fahrzeuge und Motorräder) bei Geschwindigkeiten im Bereich von 0 km/h bis 180 km/h in einer Entfernung von bis zu 35 m erfassen.

Das System bestimmt auch die tatsächlichen Geschwindigkeiten der Fahrzeuge mit einer Fehlerquote von weniger als 3% und bietet eine optimale Durchsetzbarkeit durch die Fähigkeit, Fahrzeuge voneinander zu unterscheiden, wenn sie in einem dichten Verkehr zusammengefasst sind.

Die Enforcer Cam befindet sich diagonal am Ende des ausgehenden Verkehrs, ca. 3 m bis 5 m vom Straßenrand entfernt, in einer Höhe von 2 m.

"Eine genaue, nicht erkennbare Technologie zu finden, mit der die Geschwindigkeit gemessen und festgestellt werden konnte, welches Fahrzeug der Verstoßer ist, um die Durchsetzbarkeit sicherzustellen, war ein entscheidender Schritt", sagte Ahuva Basch, der das Projekt bei Logix ITS leitete, in Bezug auf die SSL-Technologie von LeddarTech.

Die Lösung zeichnet sich durch eine genaue und kostengünstige Geschwindigkeitsmesslösung aus, die im Gegensatz zu radarbasierten Verkehrsmanagementsystemen dank des von den LiDARs ausgesandten Infrarot-Lichtstrahls mit herkömmlichen Methoden praktisch nicht nachweisbar ist.

Die Logix ITS Enforcer Cam verwendet einen Leddar M16-LED-Sensor zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit im städtischen Umfeld.

LiDAR: Ein sehr vielseitiger ITS-Sensor

Wie die oben genannten Anwendungsfälle zeigen, können SSL-Technologien auf vielfältige Weise genutzt werden, um Geschwindigkeitsmessdaten bereitzustellen - und das bei deutlich höherer Kosteneffizienz als Laserscanning-LiDARs und einer wesentlich besseren Auflösung als die Radartechnologie.

Im Vergleich zur Radartechnologie besteht ein weiterer Vorteil der SSLs (und insbesondere der Leddar-Technologie) in ihrer starken Winkelunterscheidungsfähigkeit, die eine effiziente Erkennung mehrerer Ziele im dichten Verkehr sowie die Unterscheidung zwischen mehreren Verkehrslinien ermöglicht. So können die Sensoren Motorräder effizient verfolgen, auch wenn sie zwischen den Fahrspuren zirkulieren oder sich neben anderen Fahrzeugen bewegen.

Darüber hinaus erfassen SSLs wie der Leddar M16 Daten mit Tausenden von Mal pro Sekunde und verfolgen mehrere Fahrzeuge gleichzeitig über mehrere Fahrspuren. Ihre schnelle Datenerfassungsrate und optimierte Signalverarbeitungsalgorithmen liefern Reichweitendaten, die präzise Geschwindigkeitsberechnungen aller Fahrzeuge im Sichtfeld der Sensoren ermöglichen. Diese Sensoren können direkt an die bestehende Straßeninfrastruktur mit sehr wenigen Positionierungseinschränkungen montiert werden, entweder auf oder über dem Straßenabschnitt. Dank ihrer Genauigkeit und Vielseitigkeit sind SSLs bei der Geschwindigkeitsmessung definitiv auf der Überholspur!